植物雌激素调控牙髓干细胞成骨分化的研究进展_刘梦达.pdf
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1、Hainan Med J,Apr.2023,Vol.34,No.8海南医学2023年4月第34卷第8期tosis J.Mol Ther,2021,29(1):263-274.59 Liu TQ,Zhu C,Chen X,et al.Ferroptosis,as the most enriched pro-grammed cell death process in glioma,induces immunosuppressionand immunotherapy resistance J.Neuro Oncol,2022,24(7):1113-1125.60 Cui X,Morales RT,Q
2、ian W,et al.Hacking macrophage-associatedimmunosuppression for regulating glioblastoma angiogenesis J.Biomaterials,2018,161:164-178.61 Qi L,Yu HQ,Zhang Y,et al.IL-10 secreted by M2 macrophage pro-moted tumorigenesis through interaction with JAK2 in glioma J.Oncotarget,2016,7(44):71673-71685.62 Xu ZJ
3、,Chen X,Song LY,et al.Matrix remodeling-associated protein8 as a novel indicator contributing to glioma immune response byregulating Ferroptosis J.Front Immunol,2022,13:834595.63 Wan C,Sun YJ,Tian Y,et al.Irradiated tumor cell-derived microparti-cles mediate tumor eradication via cell killing and im
4、mune repro-gramming J.Sci Adv,2020,6(13):eaay9789.(收稿日期:2022-10-08)植物雌激素调控牙髓干细胞成骨分化的研究进展刘梦达1,2综述冯红超1,2,闫明2,3审校1.遵义医科大学口腔医学院,贵州遵义563000;2.贵阳市口腔医院,贵州贵阳550002;3.遵义医科大学,贵州遵义563000【摘要】近年来运用骨组织工程技术修复颌面部骨缺损成为口腔再生医学研究的热点。牙髓干细胞(DPSCs)具备多向分化潜能和较好的自我更新能力,其成骨向分化能力可为骨组织工程提供新的思路。植物雌激素是一类可发挥雌激素样作用的非甾体类化合物,研究发现植物雌激
5、素可作为上调干细胞成骨向分化的天然诱导剂,在促进DPSCs成骨分化方面也具有重要作用。本文就目前植物雌激素调控DPSCs成骨分化的研究进展做一综述。【关键词】牙髓干细胞;植物雌激素;成骨分化;骨缺损;研究进展【中图分类号】R78【文献标识码】A【文章编号】10036350(2023)08119506Research progress on osteogenic differentiation of dental pulp stem cells regulated by phytoestrogens.LIUMeng-da1,2,FENG Hong-chao1,2,YAN Ming2,3.1.Sc
6、hool of Oral Medicine,Zunyi Medical University,Zunyi 563000,Guizhou,CHINA;2.Guiyang Stomatological Hospital,Guiyang 550002,Guizhou,CHINA;3.Zunyi Medical University,Zunyi 563000,Guizhou,CHINA【Abstract】In recent years,the use of bone tissue engineering technology to repair maxillofacial bone defectsha
7、s become the focus of oral regenerative medicine research.Dental pulp stem cells(DPSCs)have multi-directional dif-ferentiation potential and good self-renewal ability,and their osteogenic differentiation ability can provide new ideas forbone tissue engineering.Phytoestrogens are a class of non-stero
8、idal compounds that can exert estrogen-like effects.Stud-ies have found that phytoestrogens can be used as a natural inducer to up-regulate osteogenic differentiation of stem cellsand also play an important role in promoting osteogenic differentiation of DPSCs.This article reviews the research prog-
9、ress in the regulation of osteogenic differentiation of DPSCs by phytoestrogens.【Key words】Dental pulp stem cells;Phytoestrogen;Osteogenic differentiation;Bone defect;Research progress 综述 doi:10.3969/j.issn.1003-6350.2023.08.028基金项目:贵州省卫生健康委科学技术基金(编号:gzwkj2022-431)。第一作者:刘梦达(1997),男,研究生在读,主要研究方向为牙髓干细
10、胞成骨向诱导分化。通讯作者:冯红超(1972),男,博士,研究生导师,主任医师,主要研究方向为口腔鳞状细胞癌防治,E-mail:。外伤、肿瘤、炎症及先天性疾病是导致口腔颌面部骨缺损的主要原因,对患者的身心健康都可造成严重影响,而传统的骨移植修复技术存在二次创伤、术后感染、愈合延迟和免疫排斥反应等问题,难以完全恢复患者缺损部位的结构和功能。随着再生医学研究不断发展,现可通过组织工程手段修复颌骨缺损,并恢复颌面部结构和功能1,牙髓干细胞(dental pulpstem cells,DPSCs)可分化为成骨细胞、神经样细胞、软骨细胞、成血管内皮细胞等,具有取材方便、创伤小、来源广泛、免疫原性较低、可
11、长期冻存等优点2,成为骨组织工程的重要种子细胞。植物雌激素是一类可发挥雌激素样作用的天然化合物,可通过多种途径上调成骨细胞活性,研究发现多种植物雌激素对DPSCs有促增殖与成骨分化的作用,本文就目前植物雌激素调控DPSCs成骨分化的研究进展综述如下:1DPSCsDPSCs表现出与骨髓间充质干细胞(bone marrowmesenchymal stem cells,BMSCs)相似的特征,包括克1195海南医学2023年4月第34卷第8期Hainan Med J,Apr.2023,Vol.34,No.8隆形成和自我更新能力3,具有较好的增殖潜力,又能多系分化,产生不同的细胞谱系,具有成骨、软骨、
12、成脂、神经和肌肉生成的潜能,以及很高的矿化潜力4。DPSCs具有取材方便、创伤小等优点,它们的冷冻保存能力是另一个主要优势,使它们能够更方便地获取5,非常适合作为种子细胞应用于组织工程。2植物雌激素一系列科学研究表明,雌激素通过调节多种信号分子或与其他信号通路相互作用来调节骨代谢。植物雌激素是一类从植物、水果和蔬菜中提取,结构和生物活性均类似于雌激素的非甾体类化合物,主要有三类:异黄酮类、木脂素类和香豆素类,具有弱雌激素活性,与雌激素的作用相似,可与细胞上的雌激素受体(estrogen receptor,ER)结合,发挥激动剂、拮抗剂作用6。植物雌激素可与破骨细胞的雌激素受体结合,抑制破骨细胞
13、的活性;当与成骨细胞的雌激素受体结合时,可诱导细胞释放成骨相关因子,增强成骨细胞的活性,促进骨质生长,加速骨形成7,广泛应用于绝经后妇女骨质疏松的雌激素替代疗法(ERT),优势在于治疗和预防绝经后女性骨质流失的同时,避免发生ERT的并发症8。2.1鹰嘴豆芽素A(biochanin A,BCA)BCA主要来源于大豆类植物鹰嘴豆的胚芽,属于一种异黄酮类化合物,是红车轴草的主要效力来源,具有保护神经、抗炎、抗感染、抗癌、抗氧化、保肝以及类雌激素等多种药理作用9,研究证明BMSCs经BCA处理可增强矿化活性,刺激成骨标记基因碱性磷酸酶(ALP)和骨钙素(osteocalcin,OCN)的表达,诱导Ru
14、nt相关转录因子2(Runx2)、护骨素(OPG)和Ras同源基因家族成员A(RhoA)蛋白的表达,增强间充质干细胞成骨分化能力,调节骨形成10。同时BAC治疗可抑制炎症反应,调节不平衡的氧化应激反应,改善牙槽骨丢失11;Liao等12研究发现,BCA 通过下调破骨细胞相关基因TNF-(肿瘤坏死因子-)、IL-1(白介素1-)和IL-1(白介素1)的分泌水平,有效地抑制破骨细胞的形成,降低羟基磷灰石的吸收,进一步的机制分析表明,这期间BCA抑制丝裂原活化蛋白激酶(MAPKs)信号通路,包括MAPKs通路中的主要3条通路:p38通路、细胞外信号调节激酶(ERK)通路以及c-Jun氨基末端激酶通路
15、(JNK),同时BCA还抑制了核因子-B(NF-B)信号通路,从而下调破骨细胞基因表达。在去卵巢(OVX)大鼠模型中,BCA在体外诱导前成骨细胞分化为成骨细胞,并增加成骨细胞矿化,同时抑制破骨细胞的增殖,Su等13进一步研究发现,BCA或17-雌二醇(E2)治疗均可抑制去卵巢大鼠尿脱氧吡啶酚、血清TNF-和IL-1的升高,提示BCA抑制破骨细胞活性的作用可能与雌激素信号通路有关。谢昕儒等14最新研究中,蛋白免疫印迹实验显示,10 mol/L BCA通过激活P38/MAPK信号通路,显著提升p38的磷酸化水平,提 高 成 骨 标 志 基 因 ALP、型 胶 原(type ICollagen,CO
16、L-1)、骨桥蛋白(osteopontin,OPN)、OCN的表达水平,从而促进人牙髓干细胞(human dentalpulp stem cells,hDPSCs)成骨向分化。2.2大豆苷元(daidzein,DD)大豆苷元(DD)又称黄豆苷元,是一种天然的异黄酮类物质,广泛存在于豆科类植物,尤其在大豆中含量较高,是大豆异黄酮的主要效力成分。作为一种植物雌激素,DD具有类似雌二醇的结构,对骨质疏松症具有保骨作用。王川等15最新研究发现,DD促进人成骨样MG-63细胞OPG的mRNA和蛋白表达的同时,还抑制了核因子B 受体活化因子配体(receptor activator for nuclear
17、factorB ligand,RANKL)的mRNA和蛋白的表达,改善骨吸收症状,雌激素受体(ER)阻断剂ICI 182780可拮抗该作用,提示DD可能通过与ER结合来促进OPG以及抑制RANKL的表达,进一步研究发现DD促进细胞成骨的作用是由ER和ER共同介导的;王志平等16研究发现 DD 不仅刺激 MG-63 细胞增殖,还通过增强 MG-63 细胞经典的雌激素反应元件(estrogen re-sponse element,ERE)的基因转录活性,发挥促进细胞成骨的作用,其机制可能与升高ER、ER及其相关的类固醇受体共激活因子(steroid receptor coactivator,SRC
18、-1)的表达水平有关。Jin等17研究显示DD通过增加ALP活性和胶原蛋白含量来促进人成骨细胞样MG-63细胞分化,与ER拮抗剂ICI 182780共同处理可防止此作用,验证了DD通过ER依赖的信号通路刺激成骨这一假设,其机制还可能与丝裂原激活的蛋白激酶/细胞外调节激酶(MEK/ERK)和磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B(PI3K/Akt)信号通路的激活有关。武斌等18的研究初步证实一定浓度(0.1 mol/L)的DD可促进人乳牙牙髓干细胞(SHEDs)的增殖,同时DD呈剂量依赖性地调高ALP和OCN的基因和蛋白表达,进一步检测发现其促进SHEDs成骨的机制还可能与提高转化生长因子-(TGF)的
19、表达有关。2.3槲皮素(quercetin)槲皮素属于黄酮类化合物,主要来源于蜂胶,具有多种临床功效,能发挥较强的抗炎、抗感染、抗氧化、抗病毒以及免疫调节的作用,对骨代谢也具有积极的药理作用。Pang等19研究结果显示,槲皮素能显著促进小鼠 BMSCs 的增殖、ALP活性和细胞外基质的生成及矿化,qPCR及West-ern blotting结果表明,槲皮素促进骨形态发生蛋白2(BMP2)、Smad1、Smad4、RUNX2、成骨细胞特异性转录因子(osterix,OSX)的表达和Smad1的磷酸化,用ER抑制剂ICI182780处理可阻断槲皮素的这些作用,提示槲皮素通过与ER相互作用刺激BMP
20、信号转导,导1196Hainan Med J,Apr.2023,Vol.34,No.8海南医学2023年4月第34卷第8期致下游转录因子RUNX2和OSX的表达增加,最终刺激BMSCs分化和矿化。Li等20在研究槲皮素对大鼠BMSCs成骨分化中MAPK信号通路的影响实验中发现,10 mol/L槲皮素处理组p38MAPK、ERK1/2、JNK的磷酸化水平和ALP、COL-I、骨-羧基谷氨酸蛋白(BGP)的蛋白表达水平以及TGF-1、BMP-2和核心结合因子1(CBF-1)的mNRA表达水平升高最明显,而SP600125(JNK 抑制剂)和PD98059(ERK1/2 抑制剂)的加入可以显著拮抗这
21、些成骨作用,证明槲皮素通过激活MAPK信号通路促进BMSCs的成骨分化,其中ERK1/2和JNK信号通路是其中主要途径。Wei等21在骨内植入物骨整合研究中发现,槲皮素对促进大鼠BMSCs成骨分化、抵抗多种病原体和降低炎症活性具有显著的增强作用,较强的抗炎、抗菌能力让其可作为药物输送系统促进炎症植入部位骨整合的关键药物,抵抗多种病原体,减少炎症活动。Zhang等22研究发现,槲皮素独特的抗炎作用还体现在通过抑制NF-B/NLRP3通路,显著减弱了TNF-诱导的炎性hPDLSC中成骨相关基因和蛋白质表达、碱性磷酸酶(ALP)活性和矿化基质的抑制情况,增强炎性状态下人牙周膜干细胞(hPDLSCs)
22、的成骨分化能力,证明槲皮素或许是治疗牙周炎骨缺损的潜在治疗方法。在组织工程应用方面,Song等23将种植了rBMSCs的槲皮素/丝素蛋白/羟基磷灰石(Qtn/SF/HAp)支架植入骨缺损部位,结果显示支架与周围组织结合良好,具有良好的细胞相容性,槲皮素在植入过程中有效地促进了rBMSCs向成骨细胞分化,从而为高性能骨组织再生提供潜在的替代移植物。胡韶光等24研究发现,加入槲皮素的人牙髓干细胞(hDPSCs)支架复合体能够起到促进修复兔颅骨缺损作用,提高ALP的活性水平,增强矿化结节形成,增加 BMP2、Runx2、OPN 和OCN等促进成骨基因的表达量,证明槲皮素在人牙髓干细胞的增殖和成骨分化
23、中起重要作用。2.4淫羊藿苷(icariin,ICA)短淫羊藿(Epimedi-um brevicornu Maxim)是一种用于减轻炎症和恢复成骨的中药25。ICA是从短尾淫羊藿中提取得到的类黄酮化合物,是其主要有效活性成分,是一种骨代谢相关疾病中的常用药物,临床应用于预防绝经后妇女骨质流失治疗。转录调控因子在终末成骨分化过程中激活Runx2基因,在BMSCs成骨分化中起重要作用,Wei等26的研究结果表明ICA(0.1 mol/L)通过增加TAZ表达促进rBMSCs的成骨分化,但ICA的这些作用可被雌激素受体抑制剂ICI 182780或Wnt/-连环蛋白通路(-catenin)抑制剂DKK
24、1阻断,提示ICA促进rBMSCs成骨主要是通过ER和Wnt/-catenin途径来实现的。而Ho等27发现ICA作为一种植物雌激素,在成骨细胞中介导雌激素作用的机制较为独特,可选择性激活非基因组雌激素信号,特别是Akt 磷酸化,从而发挥优越的成骨和抗凋亡作用。Xu等28研究表明,ICA通过抑制Notch信号通路,缓解去卵巢(OVX)小鼠体内骨质疏松,促进成骨分化。这可能与ICA增加小鼠BMSCs的自噬活性来增强细胞成骨分化能力有关29。miR-23a-3p是股骨头坏死(ONFH)患者中最显著上调的一类miRNA,而在细胞成骨向分化过程中显著下调,Zhang等30研究表明,ICA通过降低miR
25、-23a-3p水平,调节BMP-2/Smad5/Runx2和Wnt/-catenin通路,促进BMSCs增殖和成骨分化活性并改善ONFH。此外,ICA还被报道可以显著促进人羊膜间充质干细胞(hAMSCs)和人牙髓干细胞(hDPSCs)的增殖和成骨分化,上调OCN、Runx2和BMP2的基因和蛋白表达,促进干细胞的成骨功能活性31-32,提示采用ICA代替常规生长因子应用于骨组织工程具有一定可行性。2.5骨碎补总黄酮(total flavonoids of rhizomadrynariae,TFRD)TFDR是补肾中药骨碎补(rhizomadrynariae)中的主要成分之一,具有抗骨质疏松、骨
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